本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于測量探針的校準設(shè)備，裝備有它的坐標(biāo)測量系統(tǒng)，以及根據(jù)進一步的權(quán)利要求6和9的用于坐標(biāo)測量系統(tǒng)的測量方法。

根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于觸覺測量探針的校準設(shè)備，以及測量探針本身現(xiàn)在是現(xiàn)有技術(shù)。在機床中，測量探針的使用例如服務(wù)于準確地確定或測量夾緊在工具臺上的工件的位置以及可選地還有取向。這確保例如cnc機器的機床控制器一方面根據(jù)規(guī)范準確地處理（例如銑削）夾緊工件，并且另一方面防止工具（例如銑削頭）無意間驅(qū)動到工件中并且由此損壞機床。用于位置確定的觸覺測量探針一般僅在需要的時候才安裝在機床中，例如以便測量機床的工作臺上的夾緊工件。測量探針在該情況下是坐標(biāo)測量系統(tǒng)的部分，其一般連接到機床的機器控制器并且將由測量探針檢測的測量點傳達給機床。為此目的，在正常情況下，測量探針在其底座處夾緊于移動機頭的卡盤中，即代替工件。這確保與機床的機頭直接相關(guān)地實施測量。在其另一端處，觸覺測量探針具有可偏斜感測元件，其通常以球體或球冠的形狀配置。感測元件具有準確限定的感測表面，其對于位置測量而言需要與要測量的對象逐點地接觸。所以，完全可以執(zhí)行測量探針上的感測元件與要測量的對象的無損接觸，測量探針裝備有機電傳感器。該傳感器像小彈簧元件那樣操作。在測量探針的尖端上的可偏斜感測元件與對象的接觸的情況下，測量探針沿著其縱向軸線彈性地并且可逆地被壓縮達感測偏斜i。一旦該感測偏斜達到所確定的閾值itr（觸發(fā)值，例如在4-30μm的范圍中），則測量探針或其傳感器觸發(fā)電信號，其用信號表示測量探針的接觸或壓縮，并且例如防止機頭的進一步移動。因為測量探針的幾何形狀（特別地，其感測元件上的感測表面的幾何形狀以及測量探針的長度）在機床上的校準之后是準確地限定和已知的，所以所測量的點（例如在夾緊工件上）的相對位置可以準確地確定，并且例如基于機器控制器所已知的機頭或卡盤的位置通過機床的機器控制器來檢測。由于機床現(xiàn)在是高度精確的，所以還需要在該位置確定中考慮測量探針的感測偏斜itr。這在觸覺測量探針的校準期間完成。

對于利用測量探針的準確位置測量，例如文檔wo98/57121提出直接利用光學(xué)傳感器記錄感測元件在測量探針上的位置，使得一般為針狀的測量探針的感測偏斜或者以其它方式發(fā)生的變形不能干擾位置測量。

然而，這樣的設(shè)備尚未總是被證明在實踐中可靠，因為在某些情況下（例如如果發(fā)生污染）光學(xué)傳感器事實上不能正確地檢測感測元件。此外設(shè)備相對復(fù)雜，因為必需移動測量探針以及具有測量探針的附加光學(xué)傳感器。此外，存在其中感測元件在測量期間不能保持在光學(xué)傳感器的視區(qū)中的應(yīng)用。如果意圖要例如測量鉆孔的深度，則光學(xué)傳感器不能檢測插入到鉆孔中的感測元件，并且因而不能實施測量。這樣的測量設(shè)備的可用性因此相對有限。

wo94/08205描述了一種類似的設(shè)備，其中機械感測元件借助于視頻相機而移動到要測量的位置。

用于移動設(shè)備的另外的校準設(shè)備在de10027106a1中進行了描述。

以conoptica公司的名義的ep2203273b1公開了一種利用可以測量旋轉(zhuǎn)工具的測量設(shè)備。然而，在其段落[105]-[107]中，此處的文檔還描述了利用相同測量設(shè)備測量以上所述觸覺測量探針的可能性。為此目的，測量探針夾緊在工具頭的卡盤中并且在測量設(shè)備中測量，例如定位成接近機器工作臺（參見段落[106]以及附圖6a和7a）。為此目的，測量設(shè)備具有光學(xué)檢測器和氣動桿，在其上緊固具有參考圖案的玻璃立方體。玻璃立方體最初被帶入光學(xué)檢測器的視場中。在應(yīng)用于玻璃立方體的參考圖案的幫助下，檢測器可以檢測玻璃立方體或其表面的精確位置。隨后，工具頭抵靠玻璃立方體移動測量探針的尖端，直到觸覺測量探針用信號表示接觸并且停止機頭的進一步移動。在玻璃立方體上的所觸碰參考表面和卡盤中的測量探針的底座的已知位置的基礎(chǔ)上，測量設(shè)備可以確定所觸發(fā)或觸碰的狀態(tài)中的測量探針的長度以及測量探針的實際感測偏斜itr二者，并且因此校準測量探針。如果測量探針在隨后的時間處再次適配在工具頭中，則校準可以更加快速地實施。為此目的，測量探針的球形尖端再次被帶入光學(xué)檢測器的視場中，并且球形尖端的坐標(biāo)或位置以光學(xué)方式來確定并利用測量探針的所存儲感測偏斜itr來補償。這給出球形尖端在所觸發(fā)的狀態(tài)（即觸碰測量點的狀態(tài)）中占據(jù)的有效位置。新適配的測量探針因此已經(jīng)得到校準并且準備用于新的位置測量。盡管ep2203273b1的測量設(shè)備給出良好的測量結(jié)果，但是用于感測偏斜測量結(jié)果itr的玻璃立方體的使用在實際使用中非常精細并且因而需要改進，因為對于感測偏斜測量結(jié)果itr而言，玻璃立方體附加地需要提供有透明玻璃薄片并且凍結(jié)（以便產(chǎn)生參考圖案，參見段落[107]的末尾）。此外，玻璃立方體及其參考表面（其觸碰測量探針）需要以高精度產(chǎn)生，使得其允許非常精確的測量。設(shè)計因此相對復(fù)雜并且因而昂貴。

本發(fā)明的目的因此是提供一種用于測量觸覺測量探針的信號引發(fā)的感測偏斜itr的校準設(shè)備，其消除現(xiàn)有設(shè)備的缺點并且特別地具有更簡單的設(shè)計。

該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的特征配置的校準設(shè)備而實現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的校準設(shè)備的優(yōu)點在于，參考元件或其參考表面都不需要以高精度來制造或定位。參考表面實際上不需要位于檢測器的視場中。其僅僅用于使感測元件偏斜并且（相比于現(xiàn)有技術(shù)的已知設(shè)備而言）不需要用于位置確定。校準設(shè)備的檢測器僅僅需要能夠檢測測量探針的所偏斜感測元件的感測表面的部分，使得其與計算單元一起可以計算感測元件的精確位置。檢測器可以例如是基于相機的或者甚至商業(yè)上可獲得的基于激光的工具測量儀器（例如來自制造商blumnovotec，renishaw或者hexagonm&h）。校準僅僅在感測元件的位置檢測的幫助下實施，該感測元件在使用期間偏斜達量itr。因此不要求高度精確制造或高度精確定位的參考對象（諸如表面或玻璃立方體）。參考表面的位置甚至不需要精確地確定。只要檢測器檢測感測表面的部分（在加載或未加載位置中），感測元件的位置就可以精確地確定。根據(jù)本發(fā)明的校準設(shè)備構(gòu)造起來相對簡單并且因此可以更為順利地生產(chǎn)，但是以上全部基本上使用起來更簡單。

對于具有例如基于激光的檢測器的變形，優(yōu)選的是使用具有激光可測量感測表面的測量探針（例如由陶瓷而不是常規(guī)藍寶石玻璃制成）。

現(xiàn)在將在下文在示意圖和示例的幫助下解釋根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的校準設(shè)備的示例。

圖2示出了觸覺測量探針的詳細視圖。

圖3示出了具有較小檢測器視場的圖2的觸覺測量探針。

圖4示出了具有感測元件的橫向偏斜的觸覺測量探針。

為了測量感測偏斜itr，根據(jù)本發(fā)明的校準設(shè)備與作為坐標(biāo)測量系統(tǒng)的觸覺測量探針一起安裝在機床中，并且連接到機床控制器。這樣的布置在圖1中示出。觸覺測量探針2最初夾緊在移動工具頭12的卡盤16中。在第一步驟中，工具頭12朝向根據(jù)本發(fā)明的校準設(shè)備1移動，使得可偏斜感測元件3或者觸覺測量探針2的尖端進入檢測器5的視場9而沒有觸碰另一對象（例如參考表面8）。在該情況下，甚至使感測元件3的感測表面4的僅一部分定位在檢測器5的視場9中是足夠的。校準設(shè)備1的檢測器5和計算單元6可以從其確定可偏斜感測元件3的精確位置。由于坐標(biāo)測量系統(tǒng)經(jīng)由線路19連接到機床控制器18，所以校準設(shè)備1的計算單元6可以調(diào)取工具頭的卡盤16中的觸覺測量探針2的夾緊點17的位置（坐標(biāo)），并且與感測元件3的所確定位置（或其坐標(biāo)）一起來確定所夾緊的測量探針2的精確長度和大小。計算單元在該情況下自然地還考慮到實際感測元件3的大?。ㄔ谡Ｇ闆r下，球冠形感測元件的半徑）。

在所夾緊的測量探針2的大小或長度在未加載狀態(tài)（即沒有感測元件的偏斜）中已經(jīng)由此確定之后，感測元件3的實際感測偏斜itr被測量以用于校準。就這一方面參見圖2中的詳細視圖。觸覺測量探針2具有機電傳感器（沒有表示出），其對感測元件3的偏斜做出反應(yīng)，或者發(fā)射信號以用信號表示與對象的接觸已經(jīng)發(fā)生（信號可以例如是電信號、光信號或者紅外信號）。感測元件3的實際偏斜通常在測量探針2的底座處（在測量探針2的夾緊點17處）實施，機電傳感器（沒有表示出）也定位在這里。然而直到感測元件3已經(jīng)經(jīng)歷特定偏斜itr（相比于感測元件3的原始位置的虛線表示而言），才由傳感器發(fā)起信號。對于感測偏斜itr的測量，具有可偏斜感測元件3的測量探針2通過工具頭12在參考表面8的方向上的緩慢移動而移動，直到測量探針2或其傳感器對校準設(shè)備1或者坐標(biāo)測量系統(tǒng)用信號表示感測元件3與參考表面8的接觸，并且該設(shè)備或者系統(tǒng)向機器控制器發(fā)送停止信號使得防止觸覺測量探針2的任何進一步移動。感測元件3因此在縱向軸線14的方向上偏斜達感測偏斜itr，并且在該狀態(tài)中，感測元件2的感測偏斜itr現(xiàn)在可以被測量（利用檢測器5）。再次，使感測元件3的感測表面4的僅相關(guān)部分定位在檢測器5的視場9中是足夠的。檢測器5和計算單元6根據(jù)量itr從其確定偏斜的感測元件3的精確位置或坐標(biāo)。工具頭12的卡盤16中的觸覺測量探針2的夾緊點17的位置（或坐標(biāo)）然后被再次調(diào)取，并且從其計算具有信號引發(fā)的感測偏斜itr的測量探針2的長度。根據(jù)本發(fā)明的校準設(shè)備1或者坐標(biāo)測量系統(tǒng)從兩個所測量的測量探針長度之間的差異確定感測偏斜itr的值并且存儲該值（例如在計算單元中）和/或?qū)⑺鼈鬟_給機器控制器。因此推斷出測量探針2的感測偏斜itr的校準。在圖2中，虛線此外表示處于測試位置中（即非偏斜位置中）的感測元件3或者測量探針2。

在例如夾緊工件上的測量點隨后坐標(biāo)確定期間，總是考慮到所測量的感測偏斜itr。

感測偏斜或者校準應(yīng)當(dāng)針對每一個測量探針單獨地實施，因為值itr對于每一個觸覺測量探針可以不同。感測偏斜itr在正常使用期間對于每一個測量探針保持不變并且僅需要周期性地檢查。

如果測量探針2再次夾緊在工具頭12的卡盤17中，然而可推薦的是重復(fù)以上提及的第一步驟，即再校準可偏斜感測元件3的位置。為此的原因在于：測量探針2在卡盤16中可能不再具有與在第一校準期間精確相同的位置，或者測量探針2（或者機床）處于與原始校準期間稍微不同的溫度下。由于感測偏斜itr是非常小的值，所以其幅度甚至在經(jīng)修改的測量探針或者機器溫度的情況下實際上保持相同。

圖3示出了來自之前圖2的相同觸覺測量探針2。然而，如可以從圖3所見，檢測器的視場9不獲取整個感測元件3，而是僅獲取其感測表面4的部分。甚至僅感測元件3的部分對于根據(jù)本發(fā)明的校準設(shè)備來說足夠的，以便確定感測元件3的精確位置。這是有利地，特別地，因為參考元件7或其參考表面8因此都不需要以最大精度限定或定位。在該情況下，參考表面8甚至可以不精確地限定（例如以非平面或粗糙的方式）。也就是說，相比于現(xiàn)有技術(shù)，偏斜的感測元件3不需要放置在完全確定的位置中以便使測量探針的感測偏斜itr可正確地測量。對于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備而言，作為要求參考表面8定位成足夠接近檢測器的視場9以用于使感測表面4的至少部分在信號引發(fā)的接觸的情況下放置在檢測器的視場9中是足夠的。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的校準設(shè)備的另一可設(shè)想到的實施例，其中觸覺測量探針2可以不僅在其縱向方向14上而且還與此垂直地偏斜和校準。該實施例自然地預(yù)先假定不僅相應(yīng)地配置測量探針2，而且還相應(yīng)地配置校準設(shè)備。如由附圖所表示，在該情況下，測量感測偏斜itr，其關(guān)于測量探針2的縱向軸線14而橫向地或者垂直地發(fā)生。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明，還可設(shè)想到的是使測量探針及其感測元件在縱向軸線14和垂直于其的方向二者上組合地可偏斜（根據(jù)圖4）。利用測量探針的測量因此還可在關(guān)于要測量的表面的任意傾斜方向上實施。在圖4中指示的角度因此可以具有除90°之外的值。優(yōu)選地，角度具有從90°到180°的值。

為了避免污染，在另一優(yōu)選實施例中，參考表面8可以裝備有噴嘴（10），其在另外的測量之前利用壓縮空氣或者清潔液體對參考表面本身或者感測元件進行清潔。

本發(fā)明因此涉及校準設(shè)備和具有校準設(shè)備的坐標(biāo)測量系統(tǒng)，以及用于測量觸覺測量探針的信號引發(fā)的感測偏斜itr的相關(guān)測量方法。觸覺測量探針包括具有感測表面的可偏斜感測元件?？善备袦y元件例如以球體或球冠的形狀配置，并且緊固在引腳上。通常，感測元件可以與底座上的引腳（即測量探針的足部）一起偏斜。校準設(shè)備此外包括檢測器，優(yōu)選地相機或激光測量儀器。檢測器具有視場，其意圖用于獲取感測元件的感測表面。此外，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括具有參考表面的參考元件，以及計算單元。

根據(jù)本發(fā)明，參考元件的參考表面關(guān)于檢測器的視場以以下方式布置：在感測元件的感測表面與參考表面的信號引發(fā)的接觸（即，接觸敏感傳感器發(fā)射對應(yīng)信號）的情況下，感測表面或者感測表面的部分位于檢測器的視場中。由于測量探針及其感測元件具有預(yù)確定且已知的尺寸，所以參考表面和視場可以直接關(guān)于彼此定位。檢測器連接到校準設(shè)備的計算單元，使得可以從感測表面的所檢測部分計算感測元件的精確位置。還將可設(shè)想到的是，使計算單元集成在檢測器中并且直接地計算位置。還將可設(shè)想到的是，使校準設(shè)備連接到機器控制器并且使機器控制器計算感測元件的位置。計算單元的功能因此還可以由其它元件（例如在校準設(shè)備外部的其它元件）來承擔(dān)，。

因為檢測器在所檢測的感測表面的部分的幫助下確定感測元件的位置，所以參考元件或其參考表面可以位于檢測器的視場或檢測區(qū)內(nèi)或者可替換地位于其外部。

優(yōu)選地，參考元件裝備有用于清潔的一個或多個噴嘴。優(yōu)選地，噴嘴朝向參考表面。為了清潔，噴嘴裝備有壓縮空氣或者清潔液體。噴嘴可以使得它們對感測元件的表面和/或參考表面進行清潔的這種方式而取向。

感測元件或其感測表面可以以球體或者球冠的形狀配置。

根據(jù)另一優(yōu)選實施例，此外，校準設(shè)備還可以檢測和計算工具（特別是銑削工具）的位置。在該情況下，檢測器檢測工具的表面或輪廓并且由此確定其精確位置。

本發(fā)明不僅包括校準設(shè)備本身，而且還包括裝備有它以用于機床的坐標(biāo)測量系統(tǒng)。坐標(biāo)測量系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的校準設(shè)備以及觸覺測量探針，其具有可偏斜感測元件并且夾緊在機床的工具頭上。

在本發(fā)明的另一變形中，測量探針可以以以下方式構(gòu)造：感測元件的信號引發(fā)的感測偏斜itr可以發(fā)生在關(guān)于測量探針的縱向軸線的不同方向上。因而，感測偏斜可以與測量探針縱向軸線平行地或齊平地發(fā)生，在與其的直角處（垂直地）發(fā)生，或者在關(guān)于測量探針縱向軸線傾斜達角度的任何方向上發(fā)生。

此外，感測元件可以通過壓縮或牽引而可偏斜。所提供的計算單元可以在由檢測器確定的感測元件的位置以及工具頭的位置的幫助下計算感測元件的信號引發(fā)的感測偏斜itr。

本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明的用于對測量探針的信號引發(fā)的感測偏斜itr進行測量的測量方法。為此目的，最初以發(fā)起接觸信號的這種方式而使測量探針的感測元件與參考元件的參考表面接觸。在另外的步驟中，在測量探針的之前已知的長度的幫助下，并且根據(jù)由校準設(shè)備的檢測器和計算單元所確定的感測元件的位置和工具頭上的測量探針的夾緊點的位置，坐標(biāo)測量系統(tǒng)隨后確定測量探針的感測偏斜itr。測量探針的長度優(yōu)選地在感測偏斜的實際測量之前測量，或者被錄入到校準設(shè)備的計算單元中。

如果測量探針的長度被測量，則在信號引發(fā)的感測偏斜itr的測量之前，測量探針的長度可以確定如下：將感測元件的感測表面的部分或者感測表面帶入到檢測器的視場中，而在該過程中感測元件沒有觸碰其它對象。檢測器和計算單元從感測表面的所檢測部分計算感測元件的精確位置。隨后，計算單元在感測元件的所檢測位置以及機床的工具頭上的測量探針的夾緊點的位置的幫助下確定測量探針的長度。機床的工具頭上的測量探針的夾緊點的位置或坐標(biāo)以電子方式（例如通過機床的機器控制器）傳達給計算單元。計算單元因此優(yōu)選地連接到機床控制器。

在根據(jù)本發(fā)明的測量方法的特別優(yōu)選的變形中，可偏斜感測元件的位置在測量探針再夾緊于工具頭的卡盤中以用于新的測量時再次分別校準或測量。這增大了隨后測量的精度。在該情況下，在工具頭中的測量探針的再夾緊的情況下再次檢測可偏斜感測元件的位置。對于隨后的位置測量，坐標(biāo)測量系統(tǒng)然后訪問已經(jīng)測量和存儲的感測偏斜itr。

本發(fā)明還包括機床（特別是銑削機或者放電加工機器）其具有根據(jù)本發(fā)明而起作用的坐標(biāo)測量系統(tǒng)或者根據(jù)本發(fā)明的校準設(shè)備。

本發(fā)明不受限于明確提及的可能性和實施例。相反，這些變形意圖作為對本領(lǐng)域技術(shù)人員的建議以便盡可能有利地實現(xiàn)本發(fā)明的概念。

參考標(biāo)號列表

1校準設(shè)備

2觸覺測量探針

3可偏斜感測元件

4感測表面

5檢測器，例如相機或激光測量儀器

6計算單元

7參考元件

8參考表面

9檢測器的檢測區(qū)或視場

10噴嘴

11機床

12工具頭

13外部測量點

14測量探針縱向軸線

15坐標(biāo)測量系統(tǒng)

16工具頭的卡盤

17測量探針的夾緊點

18機床控制器

19線路。